JP2000199749A - 蛍光ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分析操作が容易で、さらに試料の識別番号が不
明であっても定量分析が可能な蛍光Ｘ線分析装置を提供
する。 【解決手段】スタート指令により、分析位置に搬送され
た試料ＳにＸ線を照射し、試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線
の強度を測定し、試料Ｓが属するグループを選択して、
試料Ｓを定量分析するという一連の動作が行われるの
で、分析操作を容易に行うことができる。また、試料Ｓ
の識別番号が不明であっても試料Ｓの定量分析が可能に
なる。さらに、第１の測定結果に基づく定性分析結果ま
たは半定量分析結果から、試料Ｓが属するグループを選
択するので、蛍光Ｘ線強度の測定値の変動があっても、
試料Ｓの誤判定を少なくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線を照射した試
料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定して、試料を定量
分析する蛍光Ｘ線分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、試料を定量分析する装置とし
て、Ｘ線を照射した試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を
測定する蛍光Ｘ線分析装置が知られている。この装置
は、試料にＸ線を照射するＸ線源と、試料から発生する
蛍光Ｘ線を分光する分光器と、分光された蛍光Ｘ線を検
出する検出器と、検出した蛍光Ｘ線を電気的に信号処理
する信号処理回路と、装置全体を制御するコントローラ
（コンピュータ）とを備えている。

【０００３】この蛍光Ｘ線分析装置における試料の定量
分析時には、作業者は、コンピュータに試料の種類を示
す識別番号（ＩＤ番号）を入力し、試料の測定対象元
素、例えば鉄（Ｆｅ）のピーク強度を測定する。この測
定したピーク強度から、例えば鉄鉱石やセメント等のよ
うに、試料が属するグループが選択される。作業者は、
このグループに応じて、測定対象元素の測定時間等の測
定条件を設定し、この測定条件の下で試料の蛍光Ｘ線強
度を測定し、検量線法やファンダメンタルパラメータ法
を使用して定量分析を行う。

【０００４】上記各作業内容はコンピュータの表示画面
に表示され、作業者は、その表示画面を見ながら各操作
を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の装置に
おいて、作業者は、試料のＩＤ番号を入力し、各作業ご
とにコンピュータ操作を行い、データ伝送等を行うた
め、その作業が煩雑であるという問題があった。また、
試料のＩＤ番号の入力ミス等も生じやすい。さらに、試
料のＩＤ番号が不明の場合、測定できないという問題も
あった。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決して、分析
操作が容易で、さらに試料の識別番号が不明であっても
定量分析が可能な蛍光Ｘ線分析装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、試料にＸ線を照射し、試料から
発生する蛍光Ｘ線の強度を測定して、試料を定量分析す
る蛍光Ｘ線分析装置であって、前記一連の動作を開始さ
せるスタート指令に基づいて、試料から発生する蛍光Ｘ
線の強度を測定する第１の測定制御手段と、前記第１の
測定制御手段の作動によって得られた第１の測定結果に
基づく定性分析結果または半定量分析結果から、試料が
属するグループを選択するグループ選択手段と、グルー
プに応じて測定対象元素を含む測定条件を設定し、設定
された測定条件の下で蛍光Ｘ線強度を測定させる第２の
測定制御手段と、前記第２の測定制御手段の作動によっ
て得られた測定対象元素についての第２の測定結果か
ら、試料の定量分析値を求める定量分析手段とを備えて
いる。ここで、上記半定量分析には、(1) 少数の元素の
みの定量分析、(2) 少数（例えば２つ）の標準試料によ
って作成した検量線を用いた定量分析、(3) 定性分析の
粗いデータを用いた定量分析が含まれる。また、上記定
性分析と半定量分析の結果を組み合わせてもよい。

【０００８】請求項１の構成によれば、スタート指令に
より、分析位置に搬送された試料にＸ線を照射し、試料
から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定し、試料が属するグ
ループを選択して、試料を定量分析するという一連の動
作が自動的に行われるので、分析操作を容易に行うこと
ができる。また、試料の識別番号が不明であっても試料
の定量分析が可能になる。さらに、第１の測定結果に基
づく定性分析結果または半定量分析結果から、試料が属
するグループを選択するので、蛍光Ｘ線強度の測定値の
変動があっても、試料の誤判定を少なくできる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、前
記試料を保持する試料ホルダに設けられて、予め自動分
析用の試料であることを示す識別体と、前記識別体を検
出して、前記スタート指令を送出させる識別手段とを備
えている。

【００１０】請求項２の構成によれば、試料ホルダに設
けられた識別体の検出により、自動的にスタート指令を
送出させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
蛍光Ｘ線分析装置の構成図を示す。本装置は、例えばバ
ルク試料のような試料Ｓに含まれる複数の元素を同時分
析する多元素同時分析型であり、分析位置Ｑに搬送され
た試料ＳにＸ線を照射し、試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線
の強度を測定して、試料Ｓを定量分析するという一連の
動作を行うものである。得られる定量分析値は、含有率
のほか、試料Ｓが基板上形成された薄膜である場合に
は、薄膜の付着量または膜厚である。

【００１２】本装置は、試料Ｓに１次Ｘ線Ｂ１を照射す
るＸ線照射装置２と、試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線Ｂ２
を分光する分光器３と、分光器３からの分光された蛍光
Ｘ線Ｂ３を検出する検出器４と、検出した蛍光Ｘ線Ｂ３
を電気的に信号処理する信号処理回路７とを備えてい
る。すなわち、本装置は波長分散型のＸ線検出手段２，
３，４を備えている。分光器３は試料Ｓの周囲に複数配
置されている。

【００１３】また、本装置は、試料投入口１１に配置さ
れた試料ターレット１２により、試料Ｓを１つずつ分析
位置Ｑに搬送するようになっている。試料Ｓは、図示し
ない試料自動交換機により、図示しない試料保管部と試
料投入口１１との間で、自動的に交換される。上記自動
試料交換機は、例えばクレーンタイプで、試料保管部内
の試料Ｓを把持し、試料投入口１１上に移動して、試料
Ｓの把持を解除して置くものである。

【００１４】試料Ｓを保持する試料ホルダＨには、予め
自動分析用の試料Ｓであることを示す、黒い帯のような
識別体１８が設けられている。光学センサのような識別
手段１６は、例えば試料投入口１１近傍に設けられて、
この識別体１８を光学的に検出する。

【００１５】さらに、本装置は、装置全体を制御するコ
ントローラ２０を備えている。コントローラ２０は、そ
のＣＰＵ（コンピュータ）に第１，第２の測定制御手段
２２，２４、グループ選択手段２６、および定量分析手
段２８を内蔵し、その他に、スタート指令手段２５、各
データや検量線式等を記憶する記憶手段（メモリ）Ｍ、
各動作内容および各データ内容を画面に表示する表示部
Ｄ、画面の表示内容をプリントアウトする印刷手段Ｐを
有する。

【００１６】上記スタート指令手段２５は、上記識別体
１８の検出により、一連の動作を開始させるスタート指
令ｄを送出する。このスタート指令ｄを受けて、試料Ｓ
が分析位置Ｑに搬送される。第１の測定制御手段２２
は、Ｘ線照射装置２のシャッタ（図示せず）を開放して
１次Ｘ線Ｂ１を試料Ｓに照射させるとともに、信号処理
回路７を制御して、検出器４からの出力パルスを計数さ
せ、搬送された試料Ｓから発生する蛍光Ｘ線Ｂ３の強度
を測定する。グループ選択手段２６は、第１の測定制御
手段２２の作動によって得られた第１の測定結果に基づ
く定性分析結果または半定量分析結果から、試料Ｓが属
するグループを選択する。第２の測定制御手段２４は、
グループに応じて測定対象元素を含む測定条件を設定
し、信号処理回路７を制御して、設定された測定条件の
下で検出器４からの出力パルスを計数させ、蛍光Ｘ線強
度Ｂ３を測定させる。定量分析手段２８は、前記第２の
測定制御手段２４の作動によって得られた測定対象元素
についての第２の測定結果から、試料Ｓの定量分析値を
求める。

【００１７】上記構成の蛍光Ｘ線分析装置の動作を、図
２のフローチャートに基づいて説明する。この実施形態
では、一連の動作をワンタッチ操作で行わせるワンタッ
チモード運転と、コントローラ２０の表示部Ｄの画面の
表示にしたがって作業者が各操作を行う通常モード運転
とが選択可能になっている。

【００１８】図１において、まず、作業者が装置を起動
すると、表示部Ｄの画面は自動分析画面になり（ステッ
プＳ１）、自動試料交換機により、試料ホルダＨに保持
したバルク試料のような試料Ｓが試料保管部から試料投
入口１１に置かれるか、又は試料ターレット１２上の試
料Ｓを置いた位置が試料投入口１１に移動する（ステッ
プＳ２）。この例では、自動試料交換機は、試料保管部
内の所定数の試料Ｓを、試料Ｓの種類を示す識別番号
（ＩＤ番号）の指定を行わずに、例えば試料保管部内の
端から順に取り出し、取り出した試料Ｓを試料投入口１
１に置くようにしている。

【００１９】ワンタッチモード用の試料Ｓの場合、試料
Ｓを保持する試料ホルダＨには、予め黒い帯のような識
別体１８が設けられており、試料投入口１１近傍に設け
られた光学センサのような識別手段１６により、この識
別体１８の有無が光学的に検出される（ステップＳ
３）。識別体１８が検出されない場合には、その試料Ｓ
の分析を通常モード運転で行う（ステップＳ１０）。識
別体１８が検出されると、スタート指令手段２５から一
連の動作を開始させるスタート指令ｄが送出されて、ワ
ンタッチモード運転が自動的に開始され（ステップＳ
４）、試料Ｓが試料投入口１１から分析位置Ｑに搬送さ
れる（ステップＳ５）。本発明では、従来と異なり、試
料ＳのＩＤ番号は入力されず、試料ＳのＩＤ番号指定な
しに、試料Ｓが搬送されて蛍光Ｘ線分析される。したが
って、試料ＳのＩＤ番号が不明であってもよい。

【００２０】なお、上記識別手段１６や試料ホルダＨに
識別体１８を設けることなく、表示部Ｄの自動分析画面
上または装置上にスタートボタンを設けて、このボタン
を作業者が押して行う手動入力Ｐにより、スタート指令
手段２５に上記一連の動作を開始させるスタート指令ｄ
を送出させるようにしてもよい。また、このボタンを押
すことにより、自動試料交換機の作動を開始させるよう
にしてもよい。

【００２１】つぎに、分析位置Ｑに搬送された試料Ｓの
蛍光Ｘ線分析が開始され、第１の測定制御手段２２によ
り、同時に短い測定時間で各検出器４からの出力パルス
を信号処理回路７を通して計数させて、搬送された試料
Ｓから発生する蛍光Ｘ線Ｂ３の強度を測定する（第１の
測定）（ステップＳ６）。この測定した強度に基づい
て、図示しないデータ処理部において測定対象元素のピ
ーク検出および同定解析が行われる。

【００２２】その後、グループ選択手段２６により、上
記測定スペクトルから得られた試料Ｓに含まれる測定対
象元素の複数の種類、例えばクロム（Ｃｒ），ニッケル
（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ）のピーク強度およびこれらの含有
率の概算値を求める、つまり半定量分析によって、メモ
リＭに予め記憶された試料Ｓごとの各値の規格範囲か
ら、例えばステンレス鋼，鉄鉱石，セメント等のように
試料Ｓの属するグループが選択される（ステップＳ
７）。蛍光Ｘ線強度の測定値に変動がある場合、測定対
象元素のピーク強度のみでは試料Ｓの誤判定が起こり易
いので、この例では、測定対象元素のピーク強度だけで
なく含有率の概算値に基づいて、グループを選択してい
るから、試料Ｓの誤判定を少なくすることができる。

【００２３】上記半定量分析は、試料から発生した各含
有元素の蛍光Ｘ線の測定強度と、予め計算した理論マト
リックス補正定数とに基づいて、試料の各含有元素の含
有率を算出することにより試料の概略組成を求めるもの
である。

【００２４】まず、（１）式を用い、標準試料における
既知である元素ｋの含有率ｗ_k ，測定強度Ｉ_mk，共存元
素ｊの含有率ｗ _j，および理論マトリックス補正定数α
_kjから、元素ｋの純物質から発生する測定Ｘ線強度Ｉ_pk
を推定しておく。

【００２５】

【数１】

【００２６】試料Ｓから発生した蛍光Ｘ線Ｂ３の強度Ｉ
_mkを測定し、発生した蛍光Ｘ線Ｂ３ごとに、（１）式の
マトリックス補正式に代入して、各含有元素ｋの含有率
ｗ_kを算出する。こうして、試料Ｓの概略組成を求め
る。

【００２７】図３は、試料Ｓに含まれる複数の測定対象
元素について各含有率の概算値を求めた半定量分析結果
の一例を示す。メモリＭには図４に示すようなグループ
選択条件が記憶され、この選択条件に基づいて、半定量
分析結果により試料Ｓのグループが自動的に選択され
る。図３の複数の元素Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆｅの含有率の概算
値において、元素Ｃｒは１６．３(mass%) であるので、
図４から試料Ｓの属するグループとしてステンレス鋼の
グループが選択される。なお、試料Ｓに含まれる全元素
について半定量分析を行ってもよい。また、半定量分析
の代わりに定性分析により元素の種類を求めて、グルー
プ選択してもよい。

【００２８】なお、試料Ｓが基板上に形成された薄膜で
ある場合、その薄膜の付着量または膜厚の概算値を求め
る半定量分析を行うときは、上記（１）式の標準試料に
おける既知である元素ｋの含有率ｗ_k ，共存元素ｊの含
有率ｗ _jを、それぞれ標準試料における既知である元素
ｋの付着量または膜厚，共存元素ｊの付着量または膜厚
に代えたうえで、（１）式を適用する。試料Ｓから発生
した蛍光Ｘ線Ｂ３の強度Ｉ_mkを測定し、発生した蛍光Ｘ
線Ｂ３ごとに、上記付着量または膜厚についての（１）
式に代入して、各含有元素ｋの付着量または膜厚を算出
する。こうして、試料Ｓの概略の付着量または膜厚を求
める。上記と同様に、メモリＭには図５に示すような付
着量および膜厚についての選択条件が記憶され、この選
択条件に基づいて、半定量分析結果により試料Ｓのグル
ープが自動的に選択される。

【００２９】また、蛍光Ｘ線強度の測定値の変動を無視
できる場合、または、グループ分けが大まかでよい場
合、試料Ｓに含まれる測定対象元素の種類（ピーク強
度）のみでグループを選択するようにしてもよい。

【００３０】なお、上記のように測定元素を固定した複
数の固定型分光器３では測定対象元素の範囲が限定され
るが、測定対象元素の範囲を限定しない場合には、これ
とは別個に、走査型のゴニオメータを設けて、このゴニ
オメータを所定の広い元素範囲に走査させて、スペクト
ルを得るようにしてもよい。

【００３１】そして、第２の測定制御手段２４は、選択
されたグループに応じた適切な測定条件、例えば、Ｘ線
照射装置２の電力やＸ線照射時間、信号処理回路７のパ
ルスカウント時間（測定時間）等をメモリＭから読み出
して、Ｘ線照射装置２，信号処理回路７を制御し、各測
定対象元素について同時に各測定時間にわたって検出器
４からの出力パルスを信号処理回路７によって計数させ
て、各測定対象元素のピーク強度が測定される（第２の
測定）（ステップＳ８）。その後、定量分析手段２８に
より、第２の測定制御手段２４の作動によって得られた
測定対象元素についての第２の測定結果から、試料Ｓの
定量分析値が求められる。つまり、測定された各ピーク
強度から、メモリＭに予め記憶された試料Ｓに含まれた
元素の種類に応じた検量線式を用いる検量線法またはフ
ァンダメンタルパラメータ法を使用して、試料Ｓの含有
率が求められる（ステップＳ９）。この定量分析結果
は、メモリＭに一旦記憶されたのち、表示手段Ｄに表示
され、印刷手段Ｐによりプリントアウトされる。

【００３２】図６に、半定量分析結果と、その半定量分
析結果に基づく定量分析結果とを比較した例を示す。こ
の例では、Ｓｉ，Ｍｎの半定量分析値から試料Ｓの種類
として、低合金のグループを選択し、低合金グループに
おける適切な測定条件により定量分析を行っている。こ
れにより、試料Ｓの正確な定量分析が可能となる。

【００３３】なお、薄膜の試料Ｓの付着量または膜厚分
析を行う場合、上記と同様に、半定量分析により選択さ
れたグループに応じた適切な測定条件をメモリＭから読
み出して、各測定対象元素のピーク強度が測定され（第
２の測定）、この測定された各ピーク強度から、メモリ
Ｍに予め記憶された試料Ｓに含まれた元素の種類に応じ
た検量線式を用いる検量線法またはファンダメンタルパ
ラメータ法を使用して、薄膜の付着量または膜厚分析が
行われる。この場合、上述した試料Ｓに含まれる元素の
定量分析値を同時に求めてもよい。

【００３４】こうして、本発明においては、作業者のコ
ンピュータ操作を、ワンタッチ操作だけにしてほとんど
不要にしたので、分析操作を容易に行うことができ、ま
た、試料ＳのＩＤ番号が不明であっても試料Ｓの正確な
定量分析が可能となる。

【００３５】なお、上記定量分析結果は、データが伝送
または格納されてファイル化される。この定量分析結果
ファイルには、選択グループや規格名等の情報が必要に
応じて付加される。また、このファイルを用いて、例え
ばガス分析装置のような別の装置で測定したＣ（炭素）
等の手入力元素と、メモリＭに記憶した蛍光Ｘ線強度デ
ータとによって再計算を行う等のデータ処理もなされ
る。

【００３６】なお、この実施形態では、ワンタッチモー
ド運転と、通常モード運転とを選択可能にしているが、
ワンタッチモード運転のみを行わせてもよく、その場
合、全ての試料Ｓはワンタッチモードで分析されるの
で、上記識別手段１６や試料ホルダＨに識別体１８を設
ける必要はない。

【００３７】なお、この実施形態では、自動試料交換機
および試料ターレット１２により、試料Ｓを分析位置Ｑ
に搬送しているが、試料Ｓを手で分析位置Ｑに置いても
よい。

【００３８】なお、この実施形態では、多元素同時分析
型に適用しているが、走査型のＸ線分析装置に適用して
もよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、スター
ト指令により、分析位置に搬送された試料にＸ線を照射
し、試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定し、試料が
属するグループを選択して、試料を定量分析するという
一連の動作が行われるので、分析操作を容易に行うこと
ができる。また、試料の識別番号が不明であっても試料
の定量分析が可能になる。さらに、第１の測定結果に基
づく定性分析結果または半定量分析結果から、試料が属
するグループを選択するので、蛍光Ｘ線強度の測定値の
変動があっても、試料の誤判定を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る蛍光Ｘ線分析装置を
示す概略構成図である。

【図２】上記装置の動作を示すフローチャートである。

【図３】半定量分析結果の一例を示す図である。

【図４】グループ選択条件の一例を示す図である。

【図５】グループ選択条件の一例を示す図である。

【図６】半定量分析結果および定量分析結果の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１１…試料投入口、１６…識別手段、１８…識別体、２
２…第１の測定制御手段、２４…第２の測定制御手段、
２６…グループ選択手段、２８…定量分析手段、Ｓ…試
料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA04 CA01 EA01 EA08 FA06 GA01 GA13 HA16 JA11 JA13 KA01 LA02 NA10 NA11 NA17 PA01 PA02 PA03 PA06 PA14 SA04 SA12 2G058 AA02 CA05 CB11 CF11 CF16 GA20 GC02 GC05 GD02 GD06 GE01 GE06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料にＸ線を照射し、試料から発生する
   蛍光Ｘ線の強度を測定して、試料を定量分析する蛍光Ｘ
   線分析装置であって、 前記一連の動作を開始させるスタート指令に基づいて、
   試料から発生する蛍光Ｘ線の強度を測定する第１の測定
   制御手段と、 前記第１の測定制御手段の作動によって得られた第１の
   測定結果に基づく定性分析結果または半定量分析結果か
   ら、試料が属するグループを選択するグループ選択手段
   と、 グループに応じて測定対象元素を含む測定条件を設定
   し、設定された測定条件の下で蛍光Ｘ線強度を測定させ
   る第２の測定制御手段と、 前記第２の測定制御手段の作動によって得られた測定対
   象元素についての第２の測定結果から、試料の定量分析
   値を求める定量分析手段とを備えた蛍光Ｘ線分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記試料を保持する試料ホルダに設けられて、予め自動
   分析用の試料であることを示す識別体と、 前記識別体を検出して、前記スタート指令を送出させる
   識別手段とを備えた蛍光Ｘ線分析装置。